اندازه گیری سطح مایعات در مخازن با کمک سنسور فشار

روش اندازه گیری سطح مایع هیدرواستاتیک (Hydrostatic liquid level measurement method) :

یکی از وظایف مهم اتوماسیون در فرآیندهای تکنولوژیکی در صنعت، اندازه گیری سطح و یا وزن مایعات (ارتفاع مایعات) در مخازن مختلف می باشد. برای این منظور از انواع روش های مختلف و تجهیزات اندازه گیری متنوعی استفاده می شود که هر کدام از لحاظ نوع اتصال، نحوه عملکرد و دقت در اندازه گیری با یکدیگر تفاوت دارند. در این مقاله به بررسی اندازه گیری سطح مخازن با کمک سنسور فشار خواهیم پرداخت.

روش اندازه گیری سطح مایع هیدرواستاتیک بر اساس تعیین فشار هیدرواستاتیک اعمال شده توسط مایع به پایین مخزن انجام می شود. فشار هیدرواستاتیک به ارتفاع ستون مایع بالای تجهیز اندازه گیری و چگالی مایع بستگی دارد، و با فرمول زیر تعیین می شود:

بیشتر بخوانید : سنسور فشار چیست؟چگونه سنسور فشار انتخاب کنیم؟

بیشتر بخوانید : تابلو برق چیست؟ (بررسی کامل)

p = ρgh

بنابراین ارتفاع ستون مایع برابر است با:

h = p / ( ρg )

h = ارتفاع ستون مایع

p فشار ستون مایع = (pa پاسکال)

ρ = چگالی مایع(kg / m³)

g = شتاب سقوط آزاد )۹٫۸۱ m / s² )

A = (m²) سطح مقطع مخزن

V = (m³) حجم مخزن

m = (Kg) جرم مایع

W = (N) وزن مایع

روش اندازه گیری سطح مایع هیدرواستاتیک بر اساس تعیین فشار هیدرواستاتیک اعمال شده

پس از محاسبه ارتفاع مایع برای محاسبه وزن مایع داریم:

V = Ah
m = ρV → W = mg

انواع سنسور های فشار اندازه گیری سطح مایع هیدرواستاتیک:

رایج ترین سنسور های فشار (ترانسمیتر فشار) اندازه گیری سطح مایع با توجه به نحوه نصب (Mounting) و نوع پورت فشار عبارتند از:

۱٫ سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) بیرون نصب شونده (pressure transmitter Externally mounted)

۲٫ سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) قابل غوطه ور شدن در مایع (سنسور فشار غوطه ور)(Immersion level sensor) Submersible pressure transmitter)

برای اندازه‌گیری فشار هیدرواستاتیک، ترانسمیترهای به اصطلاح «غوطه‌ور» یا لول پروب‌ها برای همین هدف طراحی شده‌اند. ترانسمیترهای غوطه‌ور یا لول پروب‌ها، ابزارهایی برای اندازه‌گیری فشار هستند که در یک مایع غوطه‌ور می‌شوند تا فشار غالب در انتهای مخزن را اندازه‌گیری کنند. یک راه جایگزین، نصب ابزار سنتی اندازه‌گیری فشار، تا نزدیک‌ترین جای ممکن به پایینِ بخش خارجی مخزن است.

عملکرد سنسور فشار غوطه ور بر اساس اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک ستون مایع می باشد.

قابل فرو رفتن و غوطه ور شدن در مایع
Submersible pressure transmitter

اندازه گیری فشار دیفرانسیل برای نظارت بر ارتفاع سطح

سنسور فشار که برای اندازه گیری فشار مایعات و گازها استفاده می شود

بیرون نصب شونده
Externally mounted pressure transmitter

سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) بیرون نصب شونده:

سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) بیرون نصب شونده در واقع همان سنسور فشار قلمی سوزنی (نفوذی) و یا فلاش دیافراگمی می باشد که برای اندازه گیری فشار مایعات و گازها استفاده می شود و معمولا خارج از مخزن (پایین ترین نقطه مخزن) توسط پورت اتصال رزوه ای (Threaded) یا فلنج (Flange) و غیره متصل می شود.

معولا در مواقعی که امکان سوراخ کردن مخزن و گرفتن انشعاب وجود داشته باشد از این دسته از سنسورهای فشار استفاده می شود.

بیشتر بخوانید : راهنمای نصب ترانسمیتر فشار

بیشتر بخوانید: چرا ترانسمیتر فشار در کاربرد فشار بالا بیشتر خراب می شود؟

نکات بسیار مهم !

۱٫ در صورتی که مخزن درباز باشد (تبادل هوا با محیط اطراف داشته باشد) فشار هوای گاز بالای سیال در واقع همان فشار هوای محیط است بنابراین باید از سنسورهای فشار گیج یا نسبی (Gauge / Relative) استفاده کنید، در این صورت تاثیر فشار هوای اتمسفر بر روی اندازه گیری حذف خواهد شد. بنابراین طبق فرمول زیر داریم:

p = ρgh → h = p / ( ρg )

سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) بیرون نصب شونده در واقع همان سنسور فشار قلمی سوزنی (نفوذی) و یا فلاش دیافراگمی می باشد که برای اندازه گیری فشار مایعات و گازها استفاده می شود

۲٫ در صورتی که مخزن دربسته باشد (در مخزن بسته باشد و هیچ تبادل هوایی با محیط اطراف نداشت باشد) فشار گاز بالای سیال در مخزن با فشار هوای محیط اطراف مخزن متفاوت است بنابراین باید از سنسور های فشار دیفرانسیل (Differential / DP) استفاده کنید. مطابق عکس این سنسور ها اختلاف میان فشار هیدرواستاتیک و فشار گاز بالای سیال درون مخزن (Δp) را محاسبه می کنند. بنابراین طبق فرمول زیر داریم:

Δp = p1 – p2 = ρgh → h = Δp / ( ρg )

ترانسمیتر فشار DMP 321 بی دی سنسور- ایده آل برای استفاده های صنعتی

سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) قابل فرو رفتن و غوطه ور شدن در مایع:

سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) Submersible به منظور اندازه گیری سطح مایعات (ارتفاع مایعات) استفاده می شود و به آن سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) هیدرواستاتیک نیز گفته می شود. در واقع عملکرد آن ها بر اساس اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک ستون مایع می باشد.
معولا در مواقعی که امکان سوراخ کردن مخزن و گرفتن انشعاب وجود نداشته باشد (مانند مخازن سیمانی) از این دسته از سنسورهای فشار استفاده می شود.

طراحی و نحوه عملکرد سنسور فشار قابل غوطه ور شدن در مایع (Submersible) :

سنسورهای غوطه ور معمولا به شکل یک استوانه فلزی محکم مهر و موم شده با یک کابل هیدرومتری ساخته شده می شوند. یک کلاهک محافظ (قابل جدا شدن) از دیافراگم سنسور در مقابل از آسیب های مکانیکی محافظت می کند. هنگام اندازه گیری سطح مایع چسبناک و تمیز کردن سنسور می توان کلاهک را جدا نمود.

سنسور حرکت مکانیکی وارد شده به دیافراگم را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سپس ماژول الکترونیکی این سیگنال را به سیگنال های الکتریکی استاندارد آنالوگ مانند: ۴ … ۲۰ mA، ۰ … ۱۰ VDC، ۰ … ۲۰ mA و سیگنال های دیجیتال از طریق پروتکل HART و پروتکل Modbus تبدیل می کند.

این سنسور ها دارای دو نوع کابل اتصال داخلی غیر قابل جدا شدن و قابل جدا شدن می باشند. استفاده از یک کابل اتصال قابل جدا شدن باعث تعمیر و نگهداری راحت تر سنسور می شود.
وظیفه کابل اتصال، انتقال سیگنال و تغذیه سنسور می باشد. این کابل شامل یک پوسته بیرونی می باشد که از مواد مختلفی تشکیل شده است.

نکته:

در بسیاری از موارد به دلیل شرایط خاص فرآیند، سیال، مخزن و غیره امکان استفاده از هیچ یک از سنسورهای فشار به منظور اندازه گیری سطح وجود ندارد و باید روش ها و تجهیزات اندازه گیری دیگری مانند سنسور های خازنی، سنسور های اولتراسونیک، رادار، لول سوئیچ و غیره استفاده نمود. در صورت تمایل به کسب مشاوره در این خصوص می توانید با تیم پشتیبانی فنی هاگلر تماس بگیرید.

برخی از کاربرد سنسور های فشار اندازه گیری سطح مایعات عبارتند از:

ترانسمیتر فشار دقیق و مستحکم BD Sensors

	کشتی سازی
	صنایع شیمیایی
	صنایع آب و فاضلاب: تصفیه آب و محیط زیست، نظارت بر چاه های عمیق و آب های زیرزمینی، نظارت بر فاضلاب ها، نظارت برایستگاه های پمپاژ
	صنعت نفت و گاز
	صنایع غذایی
	صنایع تولید انرژی